MicroRNA-202通过抑制细胞周期调控因子和RNA结合蛋白来维持精原干细胞自我更新

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精子发生是一个复杂并紧密调控的过程,此过程中能不断产生雄性配子精子。敲除miRNA合成过程的关键酶后雄性小鼠不育,说明miRNA对哺乳动物精子发生是必需的,但其中许多miRNA的功能依然未知。  通过分析小分子RNA测序数据,找到了一批在生精细胞中高表达或特异性表达的miRNA。MicroRNA-202-3p/-5p均属于生殖系统特异的miRNA,两者在精子发生过程中呈现相反的表达模式,并且均在小鼠精原干细胞(SSC)中高表达。GDNF对SSC自我更新起关键作用,RA则能诱导SSC的分化,GDNF和RA能对miR-202的表达发挥相反的调控作用。在体外培养的SSC中抑制miR-202-3p而不是miR-202-5p会引起SSC分化。  Cas9/gRNA已经被证明可用于哺乳动物的基因编辑。建立了诱导型Cas9表达SSC系(Inducible Cas9-SSC,iCas9-SSC);针对EGFP的gRNA在诱导表达Cas9时会导致EGFP-SSC中绿色荧光的衰减,证明该系统的有效性。向iCas9-SSC中引入一对gRNA来进行miR-202的敲除,诱导Cas9表达4天后会导致SSC细胞数剧烈减少;外源表达miR-202则会显著减弱细胞数减少的表型,证明SSC的表型是由敲除miR-202直接引起的。诱导敲除miR-202两天后,一些未分化精原的标记基因例如Oct4、Lin28a、Gfra1、Plzf和Nanos3等表达下降;分化型精原的关键标记基因c-Kit的表达上升;减数分裂起始的标记基因例如Sycp3、Prdm9和Dmc1等表达上升。免疫染色和免疫流式细胞分析结果显示c-KIT+的SSC比例显著上调,这些结果证明诱导敲除miR-202会导致SSC的分化。移植实验证明体内诱导敲除miR-202会干扰SSC的干细胞活性,导致睾丸中出现很多生殖细胞缺失的曲细精管。  MicroRNA-202的靶基因使用基于iTRAQ的差异蛋白组和RNA-seq进行分析,诱导敲除miR-202两天后上调的蛋白或mRNA会富集得到细胞周期相关因子和RNA结合蛋白。双荧光素酶报告实验证明Rbfox2、Cpeb1、Ercc2和Nid2等为miR-202的靶基因。BrdU掺入实验和TUNEL实验结果显示敲除miR-202后SSC的增殖和凋亡均显著上调,并且凋亡上调的幅度更大,这也解释了为何诱导4天后细胞数急剧下降。两个RNA结合蛋白,RBFOX2和CPEB1的蛋白水平在敲除miR-202后均上调;SSC体外诱导分化体系显示Rbfox2对于SSC的向下分化是必需的,而Cpeb1则不是。  基于以上结果,发现了一个SSC调控网络。其中miR-202会传递来自GDNF和RA的信号至许多下游的作用因子,包括细胞周期调控因子和RNA结合蛋白,最终改变了SSC的增殖、分化、干细胞活性、有丝分裂和细胞凋亡等。MicroRNA-202通过抑制细胞周期调控因子和RNA结合蛋白来维持精原干细胞自我更新.
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